Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса 11
1.1 Теоретические основы процесса измельчения зерновых продуктов 11
1.1.1 Исследование проблемы измельчения с позиций теории удара 13
1.1.2 Взаимосвязь скорости разрушающего удара зерновки со скоростью продукто-воздушного слоя 17
1.1.3 Параметры, характеризующие процесс измельчения и его эффективность 18
1.2 Анализ конструктивных особенностей измельчающих машин 20
1.3 Теоретические основы процесса смешивания кормовых смесей 27
1.4 Анализ конструктивных особенностей смесителей. 36
1.5 Основные выводы и задачи исследования 43
2 Математическая модель процессов измельчения и смешивания компонентов комбикормов 44
2.1 Аналитическое исследование процесса взаимодействия рабочих органов измельчителя-смесителя с продуктом 44
2.1.1 Характер движения продукта и воздуха в рабочем пространстве измельчителя-смесителя 44
2.1.2 Исследование силового взаимодействия среды с рабочими органами измельчителя-смесителя 44
2.1.3 Энергетический баланс измельчителя-смесителя 54
2.2 Закономерности процесса смешивания при измельчении компонентов комбикормов в измельчающе-смешивающей машине 55
2.3 Алгоритм реализации математической модели процессов измельчения и смешивания компонентов комбикормов. 63
2.4 Выводы по второй главе 65
3 Методика экспериментальных исследований 66
3.1 Назначение экспериментальных исследований 66
3.2 Методика экспериментальных исследований 66
3.2.1 Используемое сырье 66
3.2.2 Стандартные методики. 67
3.2.3 Собственная методика исследований. 67
3.2.4 Определение гранулометрического состава исходного и измельченного продукта 69
3.2.5 Методика определения степени однородности смеси. 73
3.3 Экспериментальная установка, приборы и оборудование,
применяемые при исследованиях 76
3.3.1 Описание экспериментального лабораторного измельчителя-смесителя для исследования процесса измельчения и смешивания компонентов комбикормов. 76
3.3.2 Приборы и оборудование, применяемые при исследованиях 86
3.4 Методика определения основных параметров процесса измельчения и смешивания в рабочей камере измельчителя-смесителя. 87
3.4.1 Определение параметров процессов измельчения и смешивания компонентов комбикормов. 87
3.4.2 Определение параметров воздушно-продуктового слоя 88
3.4.3 Определение констант гидравлических сопротивлений 91
3.4.4 Определение производительности. 93
3.4.5 Определение мощности на роторе измельчителя-смесителя 94
3.4.6 Определение энергоемкости процесса измельчения и смешивания. 94
3.5 Методика оптимизации исследуемого объекта 95
3.6 Программное обеспечение для обработки экспериментальных данных 99
3.7 Выводы по третьей главе 100
4 Результаты экспериментальных исследований 101
4.1 Программа экспериментальных исследований 101
4.2 Исследование влияния конструктивных и технологических параметров на процессы измельчения и смешивания компонентов комбикормов в рабочей камере измельчителя-смесителя. 101
4.2.1 Результаты поискового эксперимента 101
4.2.3 Влияние режимов работы измельчителя-смесителя на эффективность процесса измельчения ячменя 106
4.2.3 Влияние режимов работы измельчителя-смесителя на эффективность процесса смешивания 114
4.2.4 Влияние параметров работы измельчителя-смесителя на процессы измельчения и смешивания компонентов комбикормов 126
4.3 Определение основных параметров математической модели процессов измельчения и смешивания, происходящих в рабочей камере измельчителя-смесителя. 130
4.3.1 Определение параметров процессов измельчения и смешивания при измельчении компонентов комбикормов 130
4.3.2 Определение констант гидравлических сопротивлений 137
4.3.3 Определение мощности процесса измельчения и смешивания,
затрачиваемой непосредственно на эти процессы 139
4.4 Выводы по четвертой главе 141
5 Реализация результатов исследования 143
5.1 Расчет уравнений регрессии показателей процесса измельчения-
смешивания и проверка их адекватности 143
5.2 Оптимизация процесса измельчения и смешивания 146
5.3 Совершенствование конструкций измельчающе-смешивающих машин 152
5.4 Расчет экономической эффективности внедрения результатов научных исследований 154
5.5 Выводы по пятой главе 161
Общие выводы по работе 163
Список литературы
- Взаимосвязь скорости разрушающего удара зерновки со скоростью продукто-воздушного слоя
- Характер движения продукта и воздуха в рабочем пространстве измельчителя-смесителя
- Определение гранулометрического состава исходного и измельченного продукта
- Влияние режимов работы измельчителя-смесителя на эффективность процесса измельчения ячменя
Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время экономическая ситуация в стране обуславливает
интенсивное развитие небольших производств, способных быстро
перестраиваться на тот или иной вид продукции, пользующийся спросом у
потребителя. Использование передовых технологий, учитывающих такие
$' факторы как энерго- и ресурсосбережение, возможность выпуска широкой
номенклатуры изделий, делает актуальным развитие данного направления.
Потребность в производстве недорогих комбикормов для нужд мелких и средних крестьянских и фермерских хозяйств постоянно растет. В то же время
* на сегодняшний день отсутствует серийный выпуск комбикормового
оборудования для решения данной проблемы. Все эти факторы обуславливают
необходимость разработки и использования нового оборудования, способного
, производить дешево, быстро и качественно, при этом оставаясь надежным,
универсальным, простым в эксплуатации.
В современных условии рыночной экономики, при производстве комбикормов, микродобавок и БВД в небольших количествах, все большее распространение получают машины многофункционального действия, сочетающие в себе два или более физических процессов воздействия на материал. При совмещении процессов измельчения и смешивания материалов на стадиях подготовки сырья, как правило, общие энергозатраты снижаются.
Наметившиеся тенденции по разработке машин, совмещающих в себе несколько процессов, делают обоснованным создание измельчающе-смешивающей машины способной производить недорогие комбикорма для собственных целей с требуемым качеством продукции.
Работа выполнена в рамках темы «Совершенствование биотехнических
* систем пищевых производств и кормоприготовления» и включена в тематику
НИР ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» на 1996-2008
гг., номер госрегистрации 01.960.005780.
Цель работы. Разработка и научное обоснование конструкции измельчителя-смесителя обеспечивающего получение однородных по составу комбикормов с требуемой крупностью частиц и определения рациональных режимов его работы.
Задачи исследования:
Выработать представления о процессах измельчения и смешивания многокомпонентных смесей и их совместного математического описания; определить основные конструктивные параметры, влияющие на процессы измельчения и смешивания компонентов комбикормов.
Разработать математическую модель процесса измельчения и смешивания многокомпонентной комбикормовой смеси, описывающую взаимодействие воздушно-продуктового слоя компонентов с рабочими органами измельчающе-смешивающей машины, а также математическую модель процесса смешивания при одновременном измельчении компонентов смеси исследуемого измельчителя-смесителя.
Провести идентификацию и верификацию математических моделей процесса измельчения-смешивания многокомпонентных комбикормовых смесей.
Разработать программное средство, реализующее математическую модель, позволяющее вычислить основные параметры процессов измельчения и смешивания, а также определять основные характеристики процессов.
Выявить с помощью экспериментальных исследований рациональные режимы работы созданной измельчающе-смешивающей машины и провести оптимизацию проходящих процессов.
Предложить новые конструкции измельчителей-смесителей для производства комбикормов и определить экономическую эффективность от использования разработанной машины.
Объект исследования. Процессы измельчения и смешивания компонентов комбикормов в роторном измельчителе-смесителе вертикального типа.
Методы исследования. В работе использовались аналитические, графические и экспериментальные методы исследования. Обработка результатов исследований проводилась с помощью компьютера с процессором Pentium III.
Научная новизна заключается в следующем:
теоретически и экспериментально подтверждена гипотеза взаимосвязи процессов разрушения с процессами смешивания в рабочей камере измельчителя-смесителя вертикального типа;
предложены математические модели, учитывающие величину энергозатрат, крупность измельчаемого продукта и однородность получаемой смеси, при взаимодействии многокомпонентной комбикормовой смеси с рабочими органами измельчителя-смесителя;
произведена оптимизация процессов измельчения и смешивания, с учетом критериев однородности, крупности получаемого продукта и энергозатрат, что позволило определить рациональные режимы работы предложенного измельчителя-смесителя;
Практическую ценность представляют:
методика, позволяющая рассчитать показатели процесса смешивания при одновременном измельчении компонентов комбикормовой смеси;
конструкция лабораторного измельчителя-смесителя для исследования процессов измельчения и смешивания, защищенная патентом РФ №2246991;
результаты исследования и техническая документация роторного измельчителя-смесителя вертикального типа, переданные на ОАО «Оренбургский станкозавод» г. Оренбурга для изготовления промышленного образца измельчителя-смесителя для производства комбикормов;
новые конструкции измельчителей-смесителей, защищенные патентами РФ №№ 2255798, 2254165, 2246992, 2259882, а также устройство по патенту №2246990;
разработанное программное средство для расчета основных параметров роторных измельчителей-смесителей вертикального типа, на которое получено свидетельство об официальной регистрации в Университетском фонде алгоритмов и программ ГОУ ВПО «ОГУ»;
полученные результаты исследования внедренные, в учебный процесс в ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».
Апробация. Основные положения диссертации были изложены на
научных конференциях: Региональной научно-практической конференции
молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2003-2005),
Материалах международной научно-практической конференции «Роль
университетской науки в региональном сообществе» (Москва-Оренбург 2003),
Тезисах всероссийского конгресса по торговле и общественному питанию
«Технологические и экономические аспекты обеспечения качества продукции и
услуг в торговле и общественном питании» (Кемерово 2003), Всероссийской
научно-практической конференции «Оптимизация сложных
биотехнологических систем» (Оренбург 2003), Трудах Оренбургского регионального отделения Российской инженерной академии «Союз науки с производством - основа длительного успеха в рыночных условиях» (Оренбург 2003), Сборниках статей молодых ученых «Перспектива» №2, №3 (Оренбург 2003-2004), Материалах всероссийской научно-практической конференции «Модернизация образования: Проблемы, поиски, решения» (Оренбург 2004), «Перспективы развития пищевой промышленности России».
Материалы по научным результатам диссертационной работы получили дипломы лауреатов в областном конкурсе на лучшую научно-исследовательскую работу среди молодых ученых и специалистов Оренбуржья в 2003-2004 годах. Разработанные конструкции явились лауреатами областных
выставок научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2003», «НТТМ-2004», «НТТМ-2005».
На защиту выносятся:
результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов измельчения и смешивания материалов в роторном измельчителе-смесителе вертикального типа;
методика определения параметров процессов измельчения и смешивания многокомпонентной комбикормовой смеси и степени их влияния на качество получаемого продукта, а также затрачиваемой на процессы мощности;
методика, позволяющая рассчитать показатели процесса смешивания при одновременном измельчении компонентов комбикормов;
новые конструкторские решения измельчителей-смесителей;
программное средство для расчета параметров процессов измельчения и смешивания компонентов комбикормов в роторном измельчителе-смесителе вертикального типа.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 25 работ, в том числе: 3 статьи в научных журналах, 6 патентов РФ, 2 статьи депонированы в ВИНИТИ, на научных конференциях опубликовано 14 материалов и тезисов докладов.
Внедрение. На ОАО «Оренбургский станкозавод» г. Оренбурга переданы разработанные по результатам исследований пакеты конструкторской документации на роторный измельчитель-смеситель компонентов комбикормов для малых и средних фермерских хозяйств. Ведутся работы по внедрению измельчителей-смесителей в серийное производство. Результаты исследований используются в учебном процессе.
Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 182 страницы, в том числе: 46 страниц с рисунками и
і*'
*г
фотографиями, 17 страниц списка литературы из 179 наименований (из них 18 иностранных) и 59 страниц приложений.
Взаимосвязь скорости разрушающего удара зерновки со скоростью продукто-воздушного слоя
В основу построения теории измельчения положены гипотезы, предложенные такими учеными, как Риттингер, П.А. Ребиндер, В.А. Кирпичев, Ф.Кик, Ф Бонд., Е.А. Герсам, Л.Б. Левенсон, Е.М. Гутьяр, Г. Румпф, Гийо и другие, дающие более или менее достоверные результаты /28, 158, 166/.
К числу первых теоретических исследований проблемы относятся исследования с точки зрения разработки теории удара, чему посвящены работы академика В.П. Горячкина, А.П. Макарова, ряда других ученых /37, 97/.
Так, В.П. Горячкин исходя из теории колебаний тел (распространения импульса напряжений в теле, возникающих в месте удара) получил выражение для определения величины разрушающей скорости удара, учитывающее предел прочности материала на растяжение, плотность и другие физические свойства материала.
Однако сравнение теоретических данных полученных по предложенной формуле и практических результатов показало несоответствие исследуемых величин, что можно было объяснить недостаточной изученностью динамики процесса на тот период времени.
Несмотря на это, работы академика В.П. Горячкина имеют большое значение в связи с тем, что он заложил в основу разрушения зерен теоретические предпосылки, которые определили направление дальнейших исследований.
Наиболее полно, с точки зрения измельчения твердых тел ударом, процесс измельчения зерна с учетом его упругих свойств рассмотрел В.И. Сыроватка, приняв определенные допущения и разложив процесс удара молотка на два периода, как это рекомендовал В.П. Горячкин /108, 141/.
Согласно исследованиям В.И. Сыроватка полная энергия, сообщаемая зерну в результате удара молотка, определяется суммой энергии, расходуемой на работу пластических деформаций и кинетической энергии, которой обладает зерновка. Разрушение зерна происходит вследствие напряжений в частице, вызванных упругими деформациями. Пластические деформации не приводят к разрушению ударяемого тела, а лишь изменяют его формы и нагревают.
Соотношение упругой и пластичной деформации зависит от упругости измельчаемого материала (коэффициента восстановления). С понижением упругости материала увеличиваются пластические деформации, и процесс измельчения ударом осуществляется с большими затратами энергии. С увеличением упругих деформаций процесс измельчения происходит более эффективно. Таким образом, энергия, которую молоток сообщает зерну при ударе, зависит не только от массы зерна и скорости удара, но и от упругих свойств зерна. С повышением упругости молоток при ударе сообщает зерну большую энергию.
Величина ударного импульса при ударе зерна о рабочую поверхность дробильной камеры зависит также от угла падения зерна к рабочей поверхности дробильной камеры. Многочисленные эксперименты и расчеты показали, что скорость будет максимальной при прямом ударе зерна о рабочую поверхность дробильной камеры /29,104,141/.
С уменьшением угла падения работа упругих деформаций увеличивается и, как показали расчеты, она более чем в два раза превышает энергию, которая сообщается зерну при ударе молотком.
Изучение измельчения при прямом ударе проводили Л. Глебов и Г. Гамзаев /29/. Они подтвердили заметное уменьшение мелкодисперсного продукта и повышение эффективности измельчения при прямом ударе по сравнению с обычными молотковыми дробилками.
Клушанцевым Б.В. /67/ приводится формула для определения критической скорости удара, учитывающая предел прочности частиц при растяжении, плотность материала и размер частиц.
Соколов А.Я. /135/ предлагает определять минимальную окружную скорость молотков, обеспечивающую разрушение зерновки в момент удара, из следующей формулы: m(V2-Vj) = P (1.1) где m - масса измельчаемой зерновки; Vi и V2 - скорость зерновки (частицы), до и после удара; Р - средняя сила сопротивления разрушению зерновки.
Глебов Л.А. /30, 32/ приводит вывод формулы для расчета критической скорости удара, также учитывающей коэффициент восстановления к после удара и время действия ударного импульса Т:
Характер движения продукта и воздуха в рабочем пространстве измельчителя-смесителя
В роторных измельчителях-смесителях ударного и ударно-истирающего принципа действия создается движение измельчаемого продукта и окружающего воздуха с большими скоростями.
В общем случае это трехмерное движение. Многочисленные экспериментальные исследования /11-15, 17, 117/ показывают, что две из трех составляющих скорости этого движения (радиальная и осевая) во много раз меньше окружной скорости. Величина окружной скорости практически не изменяется вдоль оси ротора.
Представим рабочее пространство роторного измельчителя-смесителя как систему, состоящую из двух подсистем - подсистемы воздушно-вихревой зоны и подсистемы воздушно-продуктового слоя. Физически между ними имеется разделительная поверхность радиуса га (рисунок 2.1). Влиянием торцевых поверхностей рабочего пространства пренебрегаем.
Профиль окружной скорости Vj (г) представляет в воздушно-вихревой зоне плавную непрерывную функцию (рисунок 2.2). результатам экспериментального определения скоростей частиц /4/, которые составляют от 0,2 до 0,5 скорости конца лопасти рабочего органа /78, 80/.
Абсолютные значения скоростей потока определяют угловая скорость вращения ротора щ и радиус границы воздушно-продуктового слоя ra. Неизвестное значение радиуса га может быть найдено из уравнения равновесия воздушного слоя в воздушно-вихревой зоне Mx-Ma=Q, (2.14) где Mi — момент сопротивления среды движению ротора в воздушно-вихревой зоне; Ма — момент сил гидравлического сопротивления на границе воздушно-вихревой зоны и воздушно-продуктового слоя. Уравнение (2.14) является уравнением внутренней характеристики подсистемы воздушно-вихревого слоя.
Крутящий момент на лопастях рабочих органов ротора может быть определен /14/ по усилию сопротивления движению лопастей, которое возникает в результате различия скоростей рабочих органов ротора и окружающей среды (рисунок 2.3). Выразим скорость обтекания щ как разность скорости лопасти и окружной скорости потока на радиусе г ul(r) = a)0r-vl(r) (2.15) Тогда крутящий момент на лопастях рабочих органов от сил сопротивления / движению лопасти в воздушно-вихревой зоне на элементарном участке протяженностью dr для радиально расположенной лопасти высотой Ил: dMx = Pxrdr = %и m hMrdr, (2.16) где іл —коэффициент гидравлического сопротивления движению лопасти в воздушно-вихревом слое; Pi — плотность воздуха; кг/м . Количество рабочих органов и их расположение на роторе может быть различным. Если пренебречь взаимным влиянием лопастей, крутящий момент на лопастях рабочих органов ротора в воздушно-вихревой зоне можно определить, считая, что лопасть рабочего органа начинается с радиуса Твп, Щ = ZA&A && -) [г - V(7)frdF, (2.17) ГвН где zn — количество рабочих органов на роторе; zn — количество лопастей на рабочем органе ротора.
При развитом турбулентном режиме можно считать Л постоянной величиной. Будем считать для простоты, что лопасть рабочего органа имеет постоянную высоту, то есть Ил = const.
Крутящий момент на лопастях ротора в воздушно-продуктовом слое определяется аналогично воздушно-вихревой зоне, однако входящие в него коэффициенты имеют другие значения.
Крутящий момент на лопастях ротора от силы сопротивления Р2 движению лопасти в воздушно-продуктовом слое на элементарном участке протяженностью dr радиально расположенной лопасти высотой hn : dM2 = P2rdr = йл ВсЦХІ hjirdr, (2.20) где ,2л коэффициент гидравлического сопротивления движению лопасти в воздушно - продуктовом слое; рс — средняя плотность воздушно-продуктового слоя: vn Рс=Р\+- С2-21) тс — масса продукта в воздушно-продуктовом слое, кг; Vc — объем воздушно-продуктового слоя, м . Перейдя к безразмерным переменным (2.1), (2.2), возьмем интеграл в пределах от границы воздушно-продуктового слоя с безразмерной координатой 7 = 1 до конца лопастей с безразмерной координатой г = Тл M2=znS2pW&-)[r-fJrdr, (2.22) где 6,=6, (2.23) « И " После интегрирования и преобразований получим окончательно 2 5 Щ = „&, sYuYsl + 4К (к In 7ви - г}и +1) -1] (2.24) Полный момент сил сопротивления на роторе измельчителя-смесителя складывается из моментов, действующих на молотки в воздушно-вихревой зоне и воздушно-продуктовом слое: Мр=М1+М2 (2.25) Для определения мощности, расходуемой непосредственно на процессы измельчения и смешивания, определим моменты, создаваемые напряжениями сдвига на границах воздушно-продуктового слоя (рисунок 2.3). Момент сил гидравлического сопротивления на границе воздушно-вихревой зоны и воздушно-продуктового слоя, то есть при F = 1, можно определить выражением: Ма=2пНг1та, (2.26) где Н — осевая протяженность рабочей зоны измельчителя-смесителя, м; та — напряжение сдвига на границе воздушно-вихревой зоны и воздушно-продуктового слоя, Н/м . Напряжение сдвига во вращательном движении определяется выражением: r = ju\-r аг (2.27) J где [л — абсолютная вязкость воздуха, Па-с. Подставив в (2.27) выражение (2.3), получим при г = 1: та = -juo)0 (Зщ + 2у/2 ) (2.28) Окончательный момент на границе воздушно-вихревой зоны и воздушно-продуктового слоя Ма = -27ГМЩНг% (Ъщ + 2уу2 ) (2.29) Подставив значения моментов (2.19) и (2.29) в (2.14) найдем неизвестное значение радиуса га
Определение гранулометрического состава исходного и измельченного продукта
Гранулометрический состав исходного и измельченного зерна определяли по ГОСТ 13496.8-72 «Комбикорма. Методы определения крупности размола и содержания неразмолотых семян культурных и дикорастущих растений» /43/ и согласно методике, разработанной во МТИПП под руководством профессора А.Р. Демидова /47/.
По стандартной методике отбирали средний образец от анализируемого продукта, выделяли методом деления три навески по 100 грам каждая. Рассортировывали навески в течение 5 мин. на рассеве-анализаторе РЛ-47 с набором штампованных сит с круглыми отверстиями диаметром 4,0; 3,0; 2,0 и 1,0 мм, а также капроновых сит № 15 и № 27. Остаток на каждом сите взвешивали на электронных весах Пет-Вес ЕТ-300, пересчитывали в процентах к общей массе навески. Неразмолотые зерна взвешивались и выражались в процентах к общей массе навески.
Крупность измельчения оценивали четырьмя группами согласно методике, предложенной Минхлебпродуктов СССР для машиноиспытательных станций (табл. 3.1) /57/.
Определение гранулометрического состава по методике, разработанной А.Р. Демидовым, состояло в следующем /57/.
Из исходного образца отбирали три навески (методом деления) по 0,1 кг каждая и рассортировывали их при помощи рассева-анализатора РЛ-47 в течение 10 мин. (8 мин. сортирование, остановка, постукивание по ситам, 2 мин. сортирование). Каждая колонка набирается из сит с размерами отверстий, позволяющими оценить продукт во всем диапазоне крупности его частиц. Для анализа применяли соответствующие сита из следующего набора: штампованные с круглыми отверстиями размерами: 5,0; 4,5; 4,0; 3,5; 3,0; 2,5; 2,0; 1,5; 1,2; 1,0; шелковые утяжеленные: 71; 120; 160; 200; шелковые облегченные: 27; 38.
Оставшийся на ситах продукт (сход) взвешивали, и результаты рассева проверяли для каждой колонки, суммируя все остатки. Если расхождение с первоначальной массой навески (100 гр.) превышала 2%, то заново рассортировывали продукт. При расхождении в пределах 2% проводили корректировку фракций пропорционально их массе. По данным результата рассева трех колонок сит находили среднеарифметическое значение количества остатков продукта для сит с одинаковым размером отверстий. Размер частиц полученных /-ых фракции сыпучего продукта определяли по формуле D. .+D. di= 2— мм (зл) где D,- - размер отверстий сита, через которое прошли частицы продукта (проход), мм; D/.i - размер отверстий сита, с которого получен остаток (сход) данной фракции продукта, мм.
По полученным данным строили кумулятивную кривую гранулометрического состава исследуемого образца (рисунок ЗЛ). По нарастающим итогам откладывали количество продукта на ситах в процентах. Через точку на оси ординат, соответствующую 50 %, проводили горизонтальную прямую до пересечения с кумулятивной кривой гранулометрического состава продукта. Из точки их пересечения А опускали перпендикуляр на ось абсцисс и находили средневзвешенный размер частиц всего образца dcp в миллиметрах (рисунок 3.1). Общий коэффициент тонкости измельчения частиц К і (рисунок 3.1а) определяли из отношения площади, заключенной кумулятивной кривой и осью абсцисс - Si, к площади, заключенной между осями координат в пределах кривой - S2. Коэффициент тонкости измельчения мелкой фракции К2 (размер частиц меньше dcp), находили как отношение площади, заключенной кумулятивной кривой от 0 до точки А и осью абсцисс - S3 (рис. 3.16), к площади заключенной осями координат в пределах кривой от 0 до точки А - S4.
Влияние режимов работы измельчителя-смесителя на эффективность процесса измельчения ячменя
Определение параметров математической модели процесса измельчения-смешивания (2.61) - сводится к определению значения коэффициента интенсивности процесса смешивания к и значении параметра интенсивности процесса измельчения у,- по полученным экспериментальным значениям коэффициента неоднородности смеси V,, для заданного промежутка времени, а также значения предельной неоднородности vp, при которой достигается конечное качество смеси для определенных конструктивно-режимных параметров измельчителя-смесителя.
С помощью специально разработанной программы «Измельчитель-смеситель», алгоритм которой приведен в главе 2, был проведен расчет внутренних величин модели (2.61) у І и А: по введенным экспериментальным значениям у,- и vp.
При этом значение параметра интенсивности процесса измельчения yt и значения коэффициента интенсивности процесса смешивания к аппроксимировали уравнениями нелинейной регрессии с помощью ЭВМ.
Результаты расчета значений yt и к для определенных конструктивно-режимных параметров измельчителя-смесителя приведены в главе 4.
Определение параметров воздушно-продуктового слоя
Определение величины внутренней границы воздушно-продуктового слоя га осуществлялось визуально с помощью отградуированной шкалы, нанесенной на прозрачную крышку экспериментального лабораторной установки. Цена деления шкалы - 1 мм.
Определение плотности воздушно-продуктового слоя осуществлялось следующим образом, с учетом ниже сделанных предположений.
При установившемся движении механизма измельчителя-смесителя воздушно-продуктовый слой приобретает форму полого цилиндра /142/. Примем, что плотность слоя рс постоянна во всех точках. На внутреннюю поверхность радиуса га этого полого цилиндра воздействует давление воздуха, которое под действием лопастей ротора приобретает величину ра, а на внешнюю поверхность от корпуса с радиусом гс действует реактивное давление рс.
Значение результирующего давления р на стенку рабочей камеры при измельчении компонентов комбикорма можно определить экспериментальным путем через измерение динамической деформации, возникающей на стенке рабочей камеры при работе лабораторной установки.
Измерение деформации осуществляли с помощью тензорезисторов, наклеенных на стенку рабочей камеры.
Обечайку лабораторного измельчителя-смесителя с наклеенными тензодатчиками, присоединенными к АЦП LC-212, нагружали от 5000 Н до 20000 Н и на экране монитора компьютера наблюдали изменение тарировочных кривых в реальном времени. При этом одновременно происходила запись числовых данных в файл на жесткий диск компьютера. По полученным цифровым данным осевой деформации строили тарировочные графики, представленные в приложении.
Определение величины скорости воздушно-продуктового слоя осуществлялось с использованием уравнения (2.13).
Определение коэффициента гидравлического сопротивления движению ротора в воздушно-вихревой зоне р. Коэффициент гидравлического сопротивления движению ротора в воздушно-вихревой зоне Е,1Р можно определить из уравнения равновесия воздушного слоя в воздушно-вихревой зоне (2.14) при подстановке в него всех известных и экспериментально полученных величин.
Определение коэффициента гидравлического сопротивления движению ротора в воздушно-продуктовом слое %2р
В воздушно-продуктовом слое коэффициент гидравлического сопротивления ротора %2р с учетом свойств этого слоя можно определить из формулы (2.38) при подстановке в нее экспериментально полученных значений параметров воздушно-продуктового слоя. Мощность N2, передаваемую ротором непосредственно воздушно-продуктовому слою определяли через экспериментально замеренную мощность на роторе лабораторной установки Np с учетом мощности сил сопротивления движению лопасти в воздушно-вихревой зоне N\ согласно рекомендациям, изложенным в /161/. N2=Np-Nlt (3.9) где NX=MV щ,Вт. (ЗЛО) Определение коэффициента гидравлического сопротивления стенки ИЗМеЛЬЧИТеЛЯ-СМеСИТеЛЯ ДВИЖеНИЮ ВОЗДУШНО-ПрОДУКТОВОГО СЛОЯ Cirm.
Для измерения мощности, отводимой из зоны измельчения, использовали механический метод, основанный на измерении крутящего момента./24, 94/ Вращающийся ротор измельчителя-смесителя через продукт передает часть энергии обечайке, закрепленной на планшайбе, под действием чего обечайка совместно с планшайбой начинает вращаться. При этом на стенке установки создается вторичный крутящий момент. Не допуская вращения данной системы, ее уравновешивают при помощи двух диаметрально закрепленных нерастяжимых нитей, с одной стороны связанных с планшайбой, с другой - с металлическими балочками-стойками с наклеенными на них тензодатчиками, подключенными к измерительной системе, которая регистрирует создаваемое усилие.
Тарировку указанной измерительной системы осуществляли путем нагружения балочек-стоек разновесами известной массы. Тарировочные кривые получали в реальном времени на мониторе компьютера. По полученным цифровым данным строили тарировочные графики, представленные в приложении 2.
